专利名称：承压水地区深层水泥土搅拌桩加注浆止水方法
技术领域：
本发明属于岩土工程勘察和岩土工程施工技术领域，具体涉及承 压水地区岩土工程勘察或施工过程中出现涌水时的一种止水技术。
背景技术：
在承压水地区施工时，对可能出现的涌水灾害，必须采取有效措 施进行止水。通常在处理涌水灾害时， 一般采用先压水头(降低水位)再封堵 即可；或采用在井口管外地平下挖一定深度的圆坑，逐层填入粘土或水泥沙浆， 并振实至地表，然后封堵井口管，堵死各出水通道。但若初期处理不当，特别 是地表为松散地层，井口受到破坏，原井口难以找到，且地下涌水量较大，以 致于由一般的承压水处理事件变为承压水病害整治时，常规止水封堵方法难以 奏效
发明内容
本发明的目的在于提供一种承压水地区深层水泥土搅拌桩加注浆 止水方法，该方法能够有效解决承压水地区涌水病害问题，并能消除可能对既 有构筑物造成的威胁，实现迅速有效止水的目的。 为实现上述目的，本发明采取的技术方案是
一种承压水地区深层水泥土搅拌桩加注浆止水方法，该方法包括以下步骤
(1) 帷幕施工在钻孔涌水点周围施工水泥土深层搅拌桩形成帷幕，桩帷 幕设计为二至四排，且排桩密切相切；
(2) 盖板施工帷幕形成后，在桩顶开挖一深槽，槽内均匀布设钢筋，并 向帷幕中心弯折，形成放射状钢筋网，然后浇注混凝土形成盖板，要确保桩头 与混凝土紧密连接；
G)进行帷幕内注浆固化地层浇注盖板前，在混凝土盖板中预留注浆管， 待盖板达到预期强度后，打孔注浆，采用水泥、水玻璃单液、双液或混液注浆 固化帷幕内土体；
(4)试关导流管阀门，当导流管外无渗水时，止水完成；若导流管外仍有
少量渗水，则加深封水点；
(5)加深封水点从导流管中挤压最大可泵浓度的水泥浆，直到导流管中无涌水时，随即关死阀门，从而达到止水目的。
作为上述技术方案的进一步完善，当关死阀门后仍出现渗水，则采取在盖 板上再次打孔注浆，直至关阀后无渗水或渗水极少为止。
所述帷幕施工中，对成桩影响大的浅部地段采取2 3次复喷以保证成桩质量。
所述帷幕施工中，桩径为0400 mm 800腿，桩长视涌水处理区域地层具体 情况而定，搅拌桩水泥掺入量150 240kg/m3，并按水泥重量的2% 4%添加速凝 早强剂。
所述帷幕内注浆固化地层施工中，在盖板上预留注浆孔中注入水灰比为1: 0. 5 0.8的水泥浆，同时按水泥重量2% 4%的比例加入水玻璃，以固化帷幕内 的土体，当注浆压力达到1.5Mpa 2Mpa时，停止注浆。
所述加深封水点施工中，往导流管中挤压水灰比为1: 0.5 l的水泥浆。
本发明提供的上述承压水地区深层水泥土搅拌桩加注浆止水方法，充分结 合水泥土深层搅拌桩帷幕加注浆止水技术的优点。首先在涌水点周围设置水泥 土深层搅拌桩，由于搅拌机械的切削搅拌作用，使得土体结构破坏，当拌入水泥 后，将形成强度较大和水稳性较好的水泥石区，从而形成帷幕，阻止水的侧向流 动。然后通过盖板内的预留注浆管，挤压高浓度的水泥奖，在注浆点使土体挤 密，并在注浆管端部附近形成"浆泡"。当浆泡向外扩展时将在土体中引起复杂 的径向和切向应力体系，紧靠浆泡处的土体将遭受严重破坏和剪切，并形成塑 性变形区，此时土体结构破坏，与水泥浆结合的更充分，增大土体强度；离浆 泡较远的土体因挤压作用而发生弹性变形，变得更加密实，增加了与桩间的相 互作用力，使水泥土深层搅拌桩、土体和盖板组成的封水体系更紧密的连接成
整体，形成一个结构新、强度大、防水性能好和化学稳定性良好的"结石体"。
本发明提供的深层水泥土搅拌桩加注浆止水方法，经实践证明能够有效地解 决承压水大量外涌，并消除可能由此造成的对既有构筑物造成的潜在威胁，止 水效果良好，而且施工简单，方法易行。
图1为本发明帷幕桩及预留注浆孔平面位置示意图
具体实施例方式
本发明提供的承压水地区深层水泥土搅拌桩加注浆止水方
法，成功地应用于西格线K548 + 516右30m承压水病害抢险应急处理工程中。 在青藏铁路西格二线增建过程中，因需要须在k548+516处增设下穿立交桥一座， 在桥址处进行地质勘察时，施钻机组在钻至地面下29. 6m时揭穿承压含水层顶 板，自流水涌出地表，出水量约为5000m3/d且水头压力大。现场处理单位曾积 极采取措施，但由于处理方法欠妥(作业人员从钻孔内拔出了套管，采用自孔 口压入水泥桩和方木等堵塞出水口的方法宣告失败，原因由于承压水水头压力 大且顶板以上地层松软，主要为淤泥质粉质粘土和粉质粘土，导致由孔内单一 出水变为钻孔周围附近均有涌水的现象，问题十分复杂。)未能封堵成功，而不 断从孔口涌出的地下水，受场地条件限制，排泄渠道不畅，已在既有铁路右侧 汇聚呈长条型水塘，积水容积还在不断扩大，将会对既有铁路路基本体产生软 化作用，严重危机青藏铁路西格段既有铁路及新增二线的运营安全，性质由一 般的孔内承压水封堵处理事件变为承压水病害抢险应急处理工程。
通过对承压水病害丁点处自然地理特征、地层结构、水文地质条件及前期 治理过程和目前现状等进行了深入细致的研究分析，综合比较多种止水方案， 最后采用水泥土深层搅拌桩帷幕加注浆技术成功解决了这一难题。
本发明提供的水泥土深层搅拌桩帷幕加注浆止水方法，其主要创新点如图1 所示即在涌水点周围设计水泥土深层搅拌桩形成帷幕，然后在帷幕内注浆的 综合加固治理方案，桩帷幕1设计为二至四排且排桩相切，帷幕桩形成后，在 桩顶开挖一环形槽，均匀布设钢筋，并向帷幕中心弯折，形成放射状钢筋网，
然后浇注混凝土形成盖板，确保了桩头与混凝土盖板能紧密连接在一起，形成 整体混凝土盖板，且在浇注前，在混凝土盖板中预留注浆管2，浇注后打孔注浆，
中心导流管3中无渗水时，关闭导流管3阀门，从而达到止水目的。
具体施工步骤如下
第一步帷幕施工施工前下挖出水区域30cm，打薄层水泥埋设引流管，集 中排出地下涌水，便于施工；然后设备和人员进场，安装调试设备并进行现场 试桩，最后根据试桩情况确定采用干喷法施工，同时决定采用三排桩帷幕，设 计桩长15m，间距O. 5m，桩径①500mm，帷幕直径14m。在施工过程中，考虑到 0 7m段地层扰动严重对成桩影响大，因此在此段范围内采取3次复喷以保证成 桩质量；在完成一圈后，为了能使第二圈和第三圈咬合更加紧密、更利于封水， 采取第二圈和第三圈-起交叉施工的工序；搅拌桩水泥掺入量150kg/m3，复喷 段水泥掺入量240 kg/m3 ，并且采取在水泥中添加速凝早强剂以达到更好的效果， 速凝早强剂的添加比例为水泥重量的4%。
第二步盖板施工首先清理上部虚桩头0.5m左右，清除帷幕内上部泥土及 废弃的充填物。然后先做30 40cm底板逐歩封堵各出水点，保证后续的盖板施 工在干燥的环境下进行；等其达到一定强度后再连续浇注施工剩余厚度的盖板。 为确保关阀后盖板周边不渗漏，在中间的一排桩桩顶剔出深约l米，宽约0.45m 的环形槽，并按每50cm间距重点布设①16mm钢筋，并向帷幕中心弯折，形成 OU6腿放射状钢筋网，浇注C20混凝土盖板，同时将盖板扩大至外包桩头，盖 板直径约15m、厚约lm (盖板厚度一般需根据水泥强度、水头压力等现场具体 施工情况来设计)。
第三步进行帷幕内注浆固化地层等盖板达到预讣强度后，在盖板上预留 注浆孔中打10个注浆孔，注入水灰比为1: 0.5的水泥浆，同时加入水泥重量 4%的水玻璃，固化帷幕内的十.体，当注浆压力达到1.6Mpa时，停止注浆。
第四步关闭导流管阀门首先试关导流管阀门，由于砼盖板强度还未达设 计强度，耐压力不够，在阀门还未关死时，砼封盖三分之一处即被压裂，沿裂
缝水冒出lm多高，于是采取在盖板上再次打孔注浆的措施，堵死小的出水通道，
从而更大范围的增加盖板、桩及地层的相互连接面积，使压力水对盖板的作用 集中在导流管的周围，减少承压水对盖板整体的作用力。然后进行第二次关阀， 此时，虽然盖板处理后裂缝不再漏水，但粉喷桩外面出现渗水，随即打开阀并
开挖出现渗水处，发现有6根桩断裂，水从裂缝处漏出，于是在处理断桩的同 时往砼盖板上堆载增压。当砼凝结达到强度后第三次关阀，效果非常明显，只 有极少量渗水，日出水量不大于12m3，仅在导流管周围及局部裂缝处渗出。
第五步加深封水点从导流管中挤压水灰比为1: 1的水泥浆约5000kg后， 导流管中无涌水，且出现倒吸现象，说明水泥浆在沿出水通道缓慢下沉，随即 关死阀门，所有渗水停止。
结论
① 深层水泥土搅拌桩帷幕加注浆技术施工过程简单易行，縮短了治理周期 且降低了费用，成功的保证了青藏铁路西格段的正常运营，避免了柴达木盆地
地下水资源的大量损失，按出水量半年计算就挽回地下水资源近200万元，取 得了巨大的经济效益。
② 成功地解决了承压水大量外涌，并消除了由此造成的对沿线铁路的潜在 威胁，确保了青藏铁路西格段的畅通，取得了巨大的社会效益。现在止水工作 已完成一年多，经过了四季的考验仍未有承压水渗出，治水效果很好。
③ 由于施工简单和费用低，此技术在气候恶劣、环境复杂的高原地区的承 压水治理中有良好的应用前景，同时为处理同类问题提供了新的治理思路。
权利要求
1、一种承压水地区深层水泥土搅拌桩加注浆止水方法，其特征在于该方法包括以下步骤(1)帷幕施工在钻孔涌水点周围施工水泥土深层搅拌桩形成帷幕，桩帷幕设计为二至四排，且排桩密切相切；(2)盖板施工帷幕形成后，在桩顶开挖一深槽，槽内均匀布设钢筋，并向帷幕中心弯折，形成放射状钢筋网，然后浇注混凝土形成盖板，要确保桩头与混凝土紧密连接；(3)进行帷幕内注浆固化地层浇注盖板前，在混凝土盖板中预留注浆管，待盖板达到预期强度后，打孔注浆，采用水泥、水玻璃单液、双液或混液注浆固化帷幕内土体；(4)试关导流管阀门，当导流管外无渗水时，止水完成；若导流管外仍有少量渗水，则加深封水点；(5)加深封水点从导流管中挤压最大可泵浓度的水泥浆，直到导流管中无涌水时，随即关死阀门，从而达到止水目的。
2、 根据权利要求1所述的承压水地区深层水泥土搅拌桩加注浆止水方法， 其特征在于当关死阀门后仍出现渗水，则采取在盖板上再次打孔注浆，直至关 阀后无渗水或渗水极少为止。
3、 根据权利要求1所述的承压水地区深层水泥土搅拌桩加注浆止水方法，其特征在于所述帷幕施工中，对成桩影响大的浅部地段采取2 3次复喷以保证成桩质量。
4、根据权利要求1所述的承压水地区深层水泥土搅拌桩加注浆止水方法，其特征在于所述帷幕施工中，桩径为0400 mm 800mm，桩长视涌水处理区域地层 具体情况而定，搅拌桩水泥掺入量150 240kg/m3，并按水泥重量的2% 4%添加速凝早强剂。
5、 根据权利要求1所述的承压水地区深层水泥土搅拌桩加注浆止水方法， 其特征在于所述帷幕内注桨固化地层施工中，在盖板上预留注浆孔中注入水灰比为1: 0.5 0.8的水泥浆，同时按水泥重量2% 4%的比例加入水玻璃，以固 化帷幕内的土体，当注浆压力达到1. 5Mpa 2Mpa时，停止注桨。
6、 根据权利要求1所述的承压水地区深层水泥土搅拌桩加注浆止水方法， 其特征在于所述加深封水点施工中，往导流管中挤压水灰比为1: 0.5 1的水 泥浆。
全文摘要
本发明公开了一种承压水地区深层水泥土搅拌桩加注浆止水方法，包括以下步骤在钻孔涌水点周围施工水泥土深层搅拌桩形成帷幕，桩帷幕设计为二至四排，且排桩密切相切；帷幕形成后，在桩顶开挖一深槽，槽内均匀布设钢筋，并向帷幕中心弯折，形成放射状钢筋网，然后浇注混凝土形成盖板；进行帷幕内注浆固化地层；试关导流管阀门，当导流管外无渗水时，止水完成。该方法能够有效地解决承压水大量外涌，并消除可能由此造成的对既有构筑物造成的潜在威胁，止水效果良好，而且施工简单，方法易行。
文档编号E21B33/13GK101343988SQ20081015073
公开日2009年1月14日 申请日期2008年8月16日 优先权日2008年8月16日
发明者淦 刘, 张巨川, 蒲有林, 虎保峰, 贺光华, 韩金明 申请人:甘肃铁道综合工程勘察院有限公司